向零陵、全縣，第116、第37師團向邵川進攻。
守軍第37軍在常甯，第79、第62軍在白鶴鋪，大營市一帶，第74、第100軍在渣江、永豐一帶，稍事抵抗後再次後撤。
日軍于9月5日攻占祁陽，7日攻占零陵，12日占道縣，14日不戰而占領築有堅固國防工事的全縣。
長衡會戰結束。
此役，中國軍隊陣亡及被俘9萬餘人，損失大量武器裝備。
日軍傷亡近5萬人。
會戰後，日軍送方先覺返回重慶，不久後出任青年軍第207師師長。
1944年秋，日軍在印緬戰場進攻英帕爾失敗；在中國駐印軍的進攻下，在緬甸北部也連連失利。
太平洋戰場，美軍全殲塞班島日軍，并登陸關島。
日本大本營考慮到美軍很快将進攻菲律賓、沖繩島、台灣及日本本土，于7月21日制訂了準備在本土等地決戰的《陸海軍今後作戰指導大綱》。
為适應新的情況，8月26日下令組建第6方面軍，統一指揮中國戰場兩湖、兩廣地區的作戰，繼續完成打通大陸交通線的任務。
方面軍司令官為岡村甯次，下轄第11、第23，第34軍及第20軍（9月28日以方面軍直屬部隊組成）。
1944年10月7日，日軍第6方面軍拟定進行湘桂會戰的作戰計劃。
其中心内容是：以第11軍（橫山勇）6個師團沿湘桂路進攻桂林，以第23軍2個師團、1個混成旅團沿西江西進，以1個混成旅團由雷州北進，進攻柳州、南甯。
在日軍第11軍進攻洪橋時，日軍第23軍已由廣東沿西江兩岸向梧州方向進攻。
第23軍司令官為田中久一，參加進攻的部隊為第22、第104師團和獨立混成第22、第23旅團。
9月9日開始分路西進，沿途擊退中國各地方部隊及第135、第155師，于13日占新興，16日占肇慶，22日占梧州、容縣，28日占平南及丹竹機場，10月12日攻占桂平及蒙墟。
第四戰區司令長官張發奎認為日軍第23軍對柳州側後造成嚴重威脅，而現有兵力又不足以桂林及柳州同時進行主力決戰，于是決心先對占領桂平、蒙墟的日軍實施反擊，命西江方面軍總司令鄧尤光指揮第64軍（配屬廣西綏署第1縱隊）、第46軍（欠2個師，配屬第188師）第135師及綏署第2縱隊等，于10月21日對日軍第23軍發動進攻，戰鬥9天，毫無進展，被迫撤退。
日軍乘勢追擊，于10月3日占貴縣，4日占武宣，前進至柳州以南約70公裡的良江、來賓一帶。
當日軍逐漸迫近柳州、桂陽時，第四戰區為保衛桂柳，于10月9日對準備參加作戰的部隊重新編組。
其指揮系統為：司令長官張發奎下轄桂林方面軍（夏威，第46、第31、第93、第79軍，共9個師及特種兵）、西江方面軍（鄧龍光，第35集團軍、第16集團軍一部，共4個師、2個縱隊）及直轄第62、第64軍，共4個師及炮兵。
總計24個師，約15萬人。
日軍第11軍接受了進攻衡陽開始時兵力不足而受阻的教訓，決定以3個師團又1個聯隊、4個炮兵聯隊又4個炮兵大隊和1個戰車聯隊進攻桂林；以2個師團進至桂林東南大圩、幹樂地區，以阻止守軍增援，并随時準備加入攻城戰鬥；另以1個師團負責後方警備。
當11月初開始前進時，沿途僅遇到輕微的抵抗，判斷守軍兵力薄弱，橫山勇遂改變原來經中國派遣軍和第6方面軍原制的計劃，令第3、第13師團轉攻柳州，僅以第58、第40、第37師團進攻桂林。
11月4日，日軍對桂林發起總攻。
防守桂林的指揮官是第16集團軍副總司令韋雲淞，直接守城的部隊是第31軍第131師、第46軍第170師及第98師殘部合編成的1個團。
經5天戰鬥，桂林外圍磨盤山、茅單嶺、七星岩、筆架山等據點，守軍犧牲殆盡，全部失守。
9日拂曉，日軍開始攻城。
在兵力、火力均占優勢的日軍猛烈進攻下，守軍拼死抵抗，但城外各部隊始終未對攻城日軍作有力的牽制、反擊。
血戰至10日，守軍所剩無幾，僅第31軍軍長賀維珍率一小部突出包圍。
防守司令部參謀長陳濟桓、第31軍參謀長呂旃蒙、第170師副師長胡厚基等，均力戰而死。
第131師師長阚維雍在掩護防守司令部及第31軍司令部突圍後，壯烈自殺。
桂林為日軍占領。
同日，柳州也為日軍攻占。
日軍第3、第13師團攻占柳州後，向西追擊，15日占宜山，17日占忻城，21日占金城江。
21日，橫山勇電令，命第13師團追擊至獨山，命第3師團追擊至都勻，将該地交通設施及軍用物資全部徹底毀壞後，返回廣西。
日軍在擊退第97軍的阻擊後，于28日攻占南丹，12月2日襲占獨山，3日攻占荔波，于4日開始南撤。
日軍第23軍第22師團及獨立混成第23旅團于11月24日未經戰鬥即占領南甯，在越南西貢的日本南方軍司令官寺内壽一令第38軍第21師團派1個加強聯隊，進軍廣西，與其第22師團會合。
第21師團第83聯隊（配屬1個步兵大隊及炮兵、工兵部隊）于12月10日與由南甯南下的日軍第22師團在扶綏南之綏渌會合、最後打通了由華北縱貫大陸至印度支那的交通線，并占領7個空軍基地和36個飛機場。
豫湘桂會戰的結果，雖然未能改變日本法西斯日趨失敗的命運，但使中國損失軍隊50餘萬、武器裝備數千噸，并使第一戰區喪失了其戰略價值。
特别是美軍在華空軍基地的丢失，使陳納德竭力主張、羅斯福積極支持的“空中戰略”失敗，從而尋緻美國對日戰略和對華政策的改變。